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1、百度文库让每个人平等地提升自我溶液法测定极性分子的偶极矩一、实验目的了解电介质极化与分子极化的概念，以及偶极矩与分子极化性质的关系。掌握溶液法测 定极性分子永久偶极矩的理论模型和实验技术，用溶液法测定乙酸乙酯的偶极矩。二、实验原理德拜（PeferJosepA皿7切。改ye）指出，所谓极性物质的分子尽管是电中性的，但仍 然拥有未曾消失的电偶极矩，即使在没有外加电磁场时也是如此。分子偶极矩的大小可以从 介电常数的数据中获得，而对分子偶极矩的测量和研究一直是表征分子特性重要步骤。1、偶极矩、极化强度、电极化率和相对电容率（相对介电常数）首先定义一个电介质的偶极矩（.dipole moment考虑一簇
2、聚集在一起的电荷，总的净 电荷为零，这样一堆电荷的偶极矩万是一个矢量，其各个分量可以定义为a = Zsm A =Pz =2例iii式中电荷q,的坐标为a，% Zj）。偶极矩的SI制单位是：Cm。将物质置于电场之中通常会产生两种效应：导电和极化。导电是在一个相对较长的（与 分子尺度相比）距离上输运带电粒子。极化是指在一个相对较短的（小于等于分子直径）距 离上使电荷发生相对位移，这些电荷被束缚在一个基本稳定的、非刚性的带电粒子集合体中 （比如一个中性的分子）。一个物质的极化状态可以用矢量户表示，称为极化强度polarization矢量力的大小 定义为电介质内的电偶极矩密度，也就是单位体积的平均电偶
3、极矩，又称为电极化密度，或 电极化矢量。这定义所指的电偶极矩包括永久电偶极矩和感应电偶极矩。月的国际单位制 度量单位是C 厂2。为户取平均的单位体积当然很小，但一定包含有足够多的分子。在一 个微小的区域内，P的值依赖于该区域内的电场强度。在这里，有必要澄清一下物质内部的电场强度的概念。在真空中任意一点的电场强度看 的定义为：在该点放置一个电荷为dq的无限微小的“试验电荷”，则该“试验电荷”所受 1百度文库让每个人平等地提升自我到的力为Edq，当将这个定义应用到物质内部时，在原子尺度上会引起巨大的电场涨落。为此，物质内部某一点的宏观电场强度E定义为在该点邻近的小区域内原子尺度电场强度 的平均值，
4、这个小区域当然比通常标准要小得多，但仍足以容纳足够多的分子。在电磁学中，电介质响应外加电场而极化的程度可以用电极化率/ ( electric susceptibility,)来度量，在各向同性、线性和均匀的电介质中，电极化率/的定义为P = %近(18-1)式中 4 = 8.85418782 x 1O-I2F -zn-1 为真空电容率(vacuum permittivity),或真空介电常 数 (vacuum dielectric constant)。可以用电位移矢量D来表示电场E如何影响电介质中电荷的重排(包括电荷迁移和电 偶极转向等)，力矢量的定义为D = qE+P(18-2)由此得到电位
5、移矢量D正比于电场强度ED = 0(1 + z)E = (18-3)式中为电介质的绝对电容率(absolute permittivity ),也称为介电常数(dielectric constant) 定义相对电容率(relativepennittivity) srr= 也称为相对介电常数(relative dielectric constant)a据此得到电极化率与相对电容率的关系 为7 =5一1力=斗百思(18-4)在真空中，电极化率由此可见，电容率和介电常数其实是一个概念。介电常数是在介质内部形成电场时遇 到的阻碍程度的度量，也就是说，介电常数度量了外电场与电介质之间的相互影响。介电常 数
6、越大，电介质中单位电荷产生的电场（或电流）也越大，在电介质内部的电场强度会有可 观的下降。此外，我们常用邑来表征电介质或绝缘材料的电性能，即在同一电容器中用 某一物质为电介质时的电容。和真空时的电容C。的比值（18-5）表示电介质在电场中贮存静电能的相对能力。相对介电常数愈小绝缘性愈好，空气和 CS,的值分别为1.0006和2.6左右，而水的值特别大，10时为83.83。介电常数 是物质相对于真空来说增加电容器电容能力的度量，一个电容板中充入介电常数为 的物质后电容变大倍。电介质有使空间比起实际尺寸变得更大或更小的属性，例如， 当一个电介质材料放在两个电荷之间，它会减少作用在它们之间的力，就像
7、它们被移 远了一样。介电常数随分子偶极矩和可极化性的增大而增大。在化学中，介电常数是溶剂的一 个重要性质，它表征溶剂对溶质分子溶剂化以及隔开离子的能力。介电常数大的溶剂， 有较大隔开离子的能力，同时也具有较强的溶剂化能力。介电常数经常出现在许多与电介质有关的物理学公式中，如前面的电极化强度矢量户 和电位移矢量力等。另外，电磁波在介质中传播的相速度为C 11Cn 而，/必/（）式中c、4,、4分别是真空中的光速、介质的折射率、磁导率、相对磁导率和真 空磁导率，真空电容率q=（0。2尸。在相对磁导率时，折射率、后对于各向异性介质（如某些晶体），户与后的方向不同，但它们的各分量间仍有线性关 系，介电
8、常数要用张量表示。对于一些特殊的电介质（如铁电体），或者在电场很大（如激 光）的条件下，月与月将呈现非线性关系，介电常数的表示式也是非常复杂的。2、外电场在电介质中引起的变化从前面的讨论中可知，极化强度与偶极矩有关，而极化强度又可以通过测量介电常数 获得，因此原则上可以通过介电常数的测定获得分子偶极矩的信息。但是，介电常数除了由 电介质本身的性质决定外，一般还与介质的温度及电磁场变化的频率有关。在电磁波的频率 很高进入光波范围时，介电常数也会随着频率的变化而变化，即出现色散现象。一般来说，介质无法即时对外加电场作出响应，因此有关电极化强度的表达式应写作 户=。II/一，)力即电极化强度是电场与电极化率的卷积(emu。/“的)o电极化率/表征当电场在时间r作 用在某个物理系统后，电极化强度在在时间f的反应。根据因果关系，户不可能在月作用 前产生反应，因此当& = 诱导=naDEl()i.al当计算这方
